專利名稱：雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件制作技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件已經(jīng)具有深亞微米結(jié) 構(gòu)。由于集成電路中所含器件的數(shù)量不斷增加，器件的尺寸也因集成度的提 升而不斷地縮小，器件之間的高性能、高密度連接不僅在單個(gè)互連層中進(jìn)行， 而且要在多層之間進(jìn)行互連。因此，通常提供多層互連結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)互連 層互相堆疊，并且層間絕緣膜置于其間，用于連接半導(dǎo)體器件。特別是利用
雙鑲嵌(dual-damascene)工藝形成的多層互連結(jié)構(gòu)，其預(yù)先在層間絕緣膜中 形成溝槽(trench)和接觸孔(via),然后用導(dǎo)電材料填充所述溝槽和接觸孔。 例如申請(qǐng)?zhí)枮?2106882.8的中國(guó)專利申請(qǐng)文件提供的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)制作工藝，因 為雙鑲嵌結(jié)構(gòu)能避免重疊誤差以及解決習(xí)知金屬工藝的限制，雙鑲嵌工藝便 被廣泛地應(yīng)用在半導(dǎo)體制作過(guò)程中而提升器件可靠度。因此，雙鑲嵌工藝已 成為現(xiàn)今金屬導(dǎo)線連結(jié)技術(shù)的主流。
現(xiàn)有制作雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法參考圖1至圖4。如圖1所示，提供半導(dǎo)體襯底 100,在半導(dǎo)體襯底100上形成有金屬布線層102;在金屬布線層102上形成覆 蓋層104;在覆蓋層104上形成層間絕參彖層106 (inter-layer dielectrics; ILD), 所述層間絕緣層106的材料是未摻雜的硅玻璃(Un-doped Silicate Glass; USG) 或其它低介電常數(shù)材料等。所述覆蓋層104可防止金屬布線層102擴(kuò)散到層間 絕緣層102中，亦可防止刻蝕過(guò)程中金屬布線層102被刻蝕。
之后，在層間絕緣層106上形成阻擋層108,所述阻擋層108的作用在于后 續(xù)光刻膠曝光顯影過(guò)程中避免光線透過(guò)，隨后，在阻擋層108上形成第一光刻膠層IIO，經(jīng)過(guò)曝光顯影工藝，在第一光刻膠層110上形成開口，開口位置對(duì)
應(yīng)后續(xù)需要形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中的接觸孔；隨后以第一光刻膠層110為掩膜，刻 蝕阻擋層108、層間絕緣層106直至暴露出覆蓋層104,形成接觸孔112。
參考附圖2所示，灰化法去除第一光刻膠層IIO,其中灰化溫度為250。C; 在阻擋層108上以及接觸孔112中形成覆蓋層間絕緣層106的底部抗反射層 (BottomAnti-Reflective Coating, BARC)114。用回蝕法刻蝕底部抗反射層 114，直至完全去除阻擋層108上的底部抗反射層114,并^f呆留4妄觸孔112內(nèi)的 部分底部抗反射層114，其中留在接觸孔112內(nèi)的底部抗反射層114的厚度應(yīng)該 保證在隨后刻蝕形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的工藝過(guò)程中避免覆蓋層104被刻蝕穿。
如圖3所示，在阻擋層108上形成第二光刻膠層116,并通過(guò)曝光、顯影在 第二光刻膠層116上形成與后續(xù)溝槽對(duì)應(yīng)的開口，開口的寬度大于接觸孔112 的寬度。以第二光刻膠層116為掩膜，刻蝕阻擋層108以及層間絕緣層106,形 成溝槽118。
參考附圖4所示，灰化法去除第二光刻膠層116和接觸孑U12內(nèi)的底部抗反 射層114,其中灰化溫度為250。C;然后再用濕法刻法去除殘留的第二光刻膠 層116;沿接觸孔112刻蝕覆蓋層104，直至暴露出金屬布線層102，形成雙鑲 嵌結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)有形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的步驟繁瑣，并且用灰化法移除光刻膠層和底部抗 反射層時(shí)，由于溫度較高，會(huì)對(duì)金屬布線層產(chǎn)生氧化，進(jìn)而降低金屬布線層 的電性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，改善形成雙鑲嵌 結(jié)構(gòu)步驟繁瑣的問(wèn)題。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上依次形成金屬布線層、覆蓋層、層間絕緣層、阻擋層和第一
光刻膠層；圖形化第一光刻膠層后，以第一光刻膠層為掩膜，刻蝕阻擋層、 層間絕緣層和覆蓋層至露出金屬布線層，形成接觸孔；去除第一光刻膠層后， 在接觸孔內(nèi)以及阻擋層上形成底部抗反射層；刻蝕底部抗反射層，直至阻擋 層上的底部抗反射層被完全去除，接觸孔內(nèi)的底部抗反射層的厚度能在后續(xù) 刻蝕過(guò)程中保護(hù)金屬布線層；在阻擋層上形成第二光刻膠層；圖形化第二光 刻膠層后，以第二光刻膠層為掩膜，刻蝕阻擋層和層間絕緣層，形成溝槽， 所述溝槽的位置與接觸孔的位置對(duì)應(yīng)并連通；去除第二光刻膠層和接觸孔內(nèi) 的底部抗反射層，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
可選的，用干法刻蝕法刻蝕阻擋層、層間絕緣層和覆蓋層。
可選的，去除第二光刻膠層和接觸孔內(nèi)的底部抗反射層的方法為氧氣等 離子體工藝。所述氧氣等離子體工藝所需的溫度為4(TC 60。C。所述氧氣等離 子體工藝中氧氣的流量為140sccm (立方厘米/分) 160sccm。所述氧氣等離 子體工藝所需功率為1400W 1600W。
可選的，所述層間絕緣層的材料為未摻雜的硅玻璃或其它低介電常數(shù)材 料。所述層間絕緣層的厚度為15000埃 18000埃。
可選的，所述覆蓋層的材料為氮化硅或氮氧化硅或氮碳氧化硅。所述覆 蓋層的厚度為600埃~800埃。
可選的，所述阻擋層的厚度為1000埃 1500埃。所述阻擋層的材料為氮 化硅、氮氧化硅。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)在形成接觸孔時(shí)將覆蓋層也同 時(shí)刻穿，而不需要在去除光刻膠層和底部抗反射層后，再對(duì)覆蓋層進(jìn)行刻蝕 去除，使工藝步驟簡(jiǎn)化。
在本發(fā)明可選的方案中，用氧氣等離子體去除第二光刻膠層和底部抗反 射層時(shí)的溫度為40。C 60。C,改善了現(xiàn)有技術(shù)采用灰化法時(shí)的高溫度對(duì)金屬布線層產(chǎn)生的不良影響，從而提高了半導(dǎo)體器件的性能。


圖1至圖4是現(xiàn)有技術(shù)形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖5是本發(fā)明形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施方式
流程圖； 圖6至圖IO是本發(fā)明形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的實(shí)施例示意圖； 圖ll是本發(fā)明形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)效果圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的本質(zhì)在于提供一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，在形成接觸孔時(shí)將 覆蓋層也同時(shí)刻穿，而不需要在去除光刻膠層和底部抗反射層后，再對(duì)覆蓋 層進(jìn)行刻蝕去除，使工藝步驟簡(jiǎn)化。在本發(fā)明可選的方案中，用氧氣等離子 體去除第二光刻膠層和底部抗反射層時(shí)的溫度為40。C 60。C,改善了現(xiàn)有技術(shù) 采用灰化法時(shí)的高溫度對(duì)金屬布線層產(chǎn)生的不良影響，從而提高了半導(dǎo)體器 件的性能。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖 對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。
圖5是本發(fā)明形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施方式
流程圖。如圖5所示，執(zhí) 行步驟S201，在半導(dǎo)體襯底上依次形成金屬布線層、覆蓋層、層間絕緣層、 阻擋層和第一光刻膠層；執(zhí)行步驟S202,圖形化第一光刻膠層后，以第一光 刻膠層為掩膜，刻蝕阻擋層、層間絕緣層和覆蓋層至露出金屬布線層，形成 接觸孔；執(zhí)行步驟S203，去除第一光刻膠層后，在接觸孔內(nèi)以及阻擋層上形 成底部抗反射層；執(zhí)行步驟S204,刻蝕底部抗反射層，直至阻擋層上的底部 抗反射層被完全去除，接觸孔內(nèi)的底部抗反射層的厚度能在后續(xù)刻蝕過(guò)程中 保護(hù)金屬布線層；執(zhí)行步驟S205,在阻擋層上形成第二光刻膠層；執(zhí)行步驟 S206,圖形化第二光刻膠層后，以第二光刻膠層為掩膜，刻蝕阻擋層和層間絕緣層，形成溝槽，所述溝槽的位置與接觸孔的位置對(duì)應(yīng)并連通；執(zhí)行步驟 S207,用氧氣等離子體工藝去除第二光刻膠層和接觸孔內(nèi)的底部抗反射層，
形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
圖6至圖IO是本發(fā)明形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的實(shí)施例示意圖。如圖6所示，提 供半導(dǎo)體村底200,所述半導(dǎo)體村底內(nèi)含有半導(dǎo)體器件；在半導(dǎo)體襯底200上 形成金屬布線層201,所述金屬布線層201的材料可以是銅；在金屬布線層 201上形成覆蓋層202, 所述覆蓋層202的厚度為600埃 800埃，具體例如 600埃、650埃、700埃、750埃或800埃等，優(yōu)選700埃；然后用化學(xué)氣相 沉積法在覆蓋層202上形成層間絕緣層203,層間絕緣層203的厚度為15000 埃 18000埃，具體例如15000埃、15500埃、16000埃、16500埃、17000埃、 17500?；?8000埃等，優(yōu)選16800埃。
所述覆蓋層202的材料例如氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)或氮碳氧 化硅(SiCNO)等，可防止半導(dǎo)體襯底200上的金屬布線層201擴(kuò)散到層間絕緣層 203中，亦可作為刻蝕停止層，防止后續(xù)刻蝕過(guò)程中半導(dǎo)體村底200上的金屬 布線層201被刻蝕。所述層間絕緣層203的材料可以是未摻雜的硅玻璃或其它 低介電常數(shù)材料，所述低介電常數(shù)材料例如碳氧化硅(SiCO)或氟化硅玻璃 (FSG)等。
之后，在層間絕緣層203上形成厚度為1000埃 1500埃的阻擋層204,所述 阻擋層204的材料例如氮化硅、氮氧化硅等，主要作用在于光刻膠曝光顯影過(guò) 程中避免光線透過(guò)；隨后，在阻擋層204上形成第一光刻膠層205，經(jīng)過(guò)曝光 顯影工藝在第一光刻膠層205上形成第一開口206,第一開口206位置即為后續(xù) 需要形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中接觸孔的位置。
所述阻擋層204的具體厚度例如1000埃、IIOO埃、1200埃、1300埃、1400 ?；?500埃等，優(yōu)選1200埃。
所述第一光刻膠層205的厚度為14000埃 15000埃，優(yōu)選14700埃。如圖7所示，以第一光刻膠層205為掩膜，沿第一開口206用干法刻蝕法刻 蝕阻擋層204、層間絕緣層203和覆蓋層202直至暴露出金屬布線層201，形成 接觸孔207。
用化學(xué)氣相沉積法或旋涂法在阻擋層204上形成底部抗反射層208，且填 充滿接觸孔207。所述底部抗反射層208在阻擋層204表面上的厚度為IOOO埃 8000埃，本實(shí)施例優(yōu)選為2000埃 5500埃。
本實(shí)施例中，在形成接觸孔207時(shí)將覆蓋層202也同時(shí)刻穿，而不需要在 后續(xù)去除光刻膠層和接觸孔207內(nèi)的底部抗反射層后，再對(duì)覆蓋層202進(jìn)行刻 蝕去除，使工藝步驟筒化。
參考附圖8所示，刻蝕阻擋層204上的底部抗反射層208,至阻擋層204上 的底部抗反射層208被完全去除，并保留接觸孔207內(nèi)的部分底部抗反射層 208，其中留在接觸孔207內(nèi)的底部抗反射層208的厚度應(yīng)該保證在隨后刻蝕形 成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的工藝過(guò)程中避免金屬布線層201被刻蝕穿。所述的刻蝕工藝可 以是干法或者濕法刻蝕工藝。其中，現(xiàn)有刻蝕工藝可以通過(guò)控制刻蝕氣體的 流量或刻蝕溶液的濃度，以及刻蝕時(shí)間等參數(shù)來(lái)使接觸孔207內(nèi)的底部抗反射 層208的厚度達(dá)到工藝要求。
用旋涂法在阻擋層204和底部抗反射層208上形成第二光刻膠層209,所述 第二光刻膠層209的厚度為14000埃 15000埃，具體可以是14000埃、14200埃、 14400埃、14600埃、14800?；?5000埃等，優(yōu)選14700埃。
參考附圖9所示，對(duì)第二光刻膠層209進(jìn)行曝光顯影工藝，形成第二開口， 所述第二開口位置即為后續(xù)需要形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中溝槽的位置，第二開口的 寬度大于接觸孔207的寬度。
繼續(xù)以第二光刻膠層209為掩膜，沿第二開口用干法刻蝕法刻蝕阻擋層 204以及層間絕緣層203,形成溝槽210,所述溝槽210的位置與接觸孔207的位 置對(duì)應(yīng)并連通。在刻蝕形成溝槽210后，由于刻蝕工藝的限制，接觸孔207內(nèi)還會(huì)殘留部分底部抗反射層208 。
如圖10所示，用氧氣等離子體工藝去除第二光刻膠層209和殘留于接觸孔 207內(nèi)的底部抗反射層208，形成由溝槽210和接觸孔209構(gòu)成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu) 211;然后再用濕法刻蝕法去除殘留的第二光刻膠層209，所述濕法刻蝕所采 用的溶液為氟化銨和氟化氫混合溶液。
所述氧氣等離子體工藝所需的溫度為40。C 60。C,具體溫度可以是40。C、 45°C、 50°C、 55。C或60。C等。所述氧氣等離子體工藝中氧氣的流量為 140sccm 160sccm， 具體流量可以是140sccm、 145sccm、 150sccm、 155sccm 或160sccm等。所述氧氣等離子體工藝所需功率為1400W 1600W,具體功率 為1400W、 1450W、 1500W、 1550W或1600W等。
作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，氧氣等離子體工藝采用的溫度為50。C、功率為 1500W、氧氣的流量為150sccm。
現(xiàn)有用灰化法去除第二光刻膠層和底部抗反射層時(shí)所需的溫度為250°C, 高溫容易使金屬布線層產(chǎn)生缺陷。而本實(shí)施例中，用氧氣等離子體去除第二 光刻膠層和底部抗反射層時(shí)的溫度為40°C 60°C,改善了現(xiàn)有技術(shù)采用灰化法 時(shí)的高溫度對(duì)金屬布線層產(chǎn)生的不良影響，從而提高了半導(dǎo)體器件的性能。
在形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)211之后，在雙鑲嵌結(jié)構(gòu)211內(nèi)沉積金屬材料，形成金 屬連線。所述的金屬材料例如銅等。
圖11是本發(fā)明形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)效果圖。用本發(fā)明形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的方 法，在形成接觸孔時(shí)，不但刻蝕阻擋層和層間絕緣層，同時(shí)也將覆蓋層也刻 穿，對(duì)于工藝步驟來(lái)說(shuō)是簡(jiǎn)化了，但沒(méi)有因?yàn)椴襟E的簡(jiǎn)化而使金屬布線層產(chǎn) 生缺陷；在后續(xù)去除光刻膠層和接觸孔內(nèi)的底部抗反射層時(shí)，由于用氧氣等 離子體去除第二光刻膠層和底部抗反射層時(shí)的溫度為40。C 6(TC,改善了現(xiàn)有 技術(shù)采用灰化法時(shí)的高溫對(duì)金屬布線層產(chǎn)生的不良影響，從而提高了半導(dǎo)體 器件的性能。如圖11所示，本發(fā)明形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)后，金屬布線層310表面平整，無(wú)缺陷。
本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)修 改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上依次形成金屬布線層、覆蓋層、層間絕緣層、阻擋層和第一光刻膠層；圖形化第一光刻膠層后，以第一光刻膠層為掩膜，刻蝕阻擋層、層間絕緣層和覆蓋層至露出金屬布線層，形成接觸孔；去除第一光刻膠層后，在接觸孔內(nèi)以及阻擋層上形成底部抗反射層；刻蝕底部抗反射層，直至阻擋層上的底部抗反射層被完全去除，接觸孔內(nèi)的底部抗反射層的厚度能在后續(xù)刻蝕過(guò)程中保護(hù)金屬布線層；在阻擋層上形成第二光刻膠層；圖形化第二光刻膠層后，以第二光刻膠層為掩膜，刻蝕阻擋層和層間絕緣層，形成溝槽，所述溝槽的位置與接觸孔的位置對(duì)應(yīng)并連通；去除第二光刻膠層和接觸孔內(nèi)的底部抗反射層，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，用干法刻蝕 法刻蝕阻擋層、層間絕緣層和覆蓋層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，去除第二光 刻膠層和接觸孔內(nèi)的底部抗反射層的方法為氧氣等離子體工藝。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述氧氣等 離子體工藝所需的溫度為40°C~60°C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述氧氣等 離子體工藝中氧氣的流量為140sccm 160sccm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述氧氣等 離子體工藝所需功率為1400W 1600W。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述層間絕 緣層的材料為未摻雜的硅玻璃或其它低介電常數(shù)材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述層間絕 緣層的厚度為15000埃 18000埃。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述覆蓋層 的材料為氮化硅或氮氧化硅或氮碳氧化硅。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述覆蓋層 的厚度為600埃~800埃。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述阻擋層 的材料為氮化硅、氮氧化硅。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述阻擋層 的厚度為1000埃 1500埃。
全文摘要
一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成金屬布線層、覆蓋層、層間絕緣層、阻擋層和第一光刻膠層；刻蝕阻擋層、層間絕緣層和覆蓋層至露出金屬布線層，形成接觸孔；在接觸孔內(nèi)以及阻擋層上形成底部抗反射層；刻蝕底部抗反射層，直至阻擋層上的底部抗反射層被完全去除，接觸孔內(nèi)的底部抗反射層的厚度能在后續(xù)刻蝕過(guò)程中保護(hù)金屬布線層；刻蝕阻擋層和層間絕緣層，形成溝槽，所述溝槽的位置與接觸孔的位置對(duì)應(yīng)并連通，形成為雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。本發(fā)明簡(jiǎn)化了工藝步驟，防止金屬布線層產(chǎn)生缺陷。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101625992SQ200810040370
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2008年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月8日
發(fā)明者鳴 周, 尹曉明 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司